變頻器在運(yùn)行中，其直流母線上的電壓U_D因?yàn)槟承┰蚩赡艹霈F(xiàn)危險(xiǎn)的過電壓，導(dǎo)致濾波電容器因過電壓擊穿，或者引發(fā)其它故障。

一、直流母線產(chǎn)生過電壓的原因

1.變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致直流母線過電壓，是直流母線產(chǎn)生過電壓的原因之一。例如，慣性較大的負(fù)載，變頻器“減速時(shí)間”這個(gè)參數(shù)設(shè)置時(shí)間較短。當(dāng)變頻器的輸出頻率降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速降低，這時(shí)由于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載慣性較大，轉(zhuǎn)速不能快速降低，使得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)變換為發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)電能通過變頻器逆變電路中的續(xù)流二極管整流，給變頻器電源輸入端的整流濾波電容器充電，致使變頻器直流母線上的電壓過高。

2.起重設(shè)備在重物下降時(shí)

起重設(shè)備的吊鉤上懸掛的重物，在其下降的過程中，電動(dòng)機(jī)可能處于制動(dòng)狀態(tài)，防止重物下降速度過快，但重物下降的牽拉力大于電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有可能大于變頻器給電動(dòng)機(jī)提供的電源頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，導(dǎo)致變頻器直流母線上的電壓升高到異常值。

有時(shí)啟動(dòng)和制動(dòng)比較頻繁，或者要求快速制動(dòng)，也可能導(dǎo)致直流電路的電壓U_D增高，從而產(chǎn)生過電壓。

二、消除直流母線過電壓的技術(shù)措施

1.將過電壓的能量反饋至電網(wǎng)

當(dāng)變頻器檢測(cè)到直流母線上的電壓超過限定值時(shí)，起動(dòng)逆變電路，將濾波電容器上過高電壓集聚的能量轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)頻率、電壓相同的正弦交流電反饋給電網(wǎng)，這一技術(shù)方案既解決了直流母線過電壓的問題，又節(jié)約了電能，一舉兩得。但對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性要求較高，而且要求變頻器必須增加相應(yīng)的功能電路，設(shè)備成本較高，也提高了維修維護(hù)的技術(shù)難度，所以應(yīng)用較少。

2.多臺(tái)變頻器使用公用直流母線

如果將多臺(tái)變頻器的直流環(huán)節(jié)通過共用直流母線互連，則一臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生發(fā)電能量就可以被其它電動(dòng)機(jī)以電動(dòng)的方式消耗吸收。

圖1是應(yīng)用比較廣泛的共用直流母線方案，該方案包括以下幾個(gè)部分。

（1）三相交流電源進(jìn)線 

各變頻器的電源輸入端并聯(lián)于同一交流母線上，并保證各變頻器的輸入端電源相位一致。圖1中，斷路器QF是每臺(tái)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置。LR是進(jìn)線電抗器，當(dāng)多臺(tái)變頻器在同一環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，相鄰變頻器會(huì)互相干擾，為了消除或減輕這種干擾，同時(shí)為了提高變頻器輸入測(cè)的功率因數(shù)，接入LR是必須的。

（2）直流母線 

KM是變頻器的直流環(huán)節(jié)與共用直流母線連接的控制開關(guān)。FU是半導(dǎo)體快速熔斷器，其額定電壓可選DC700V，額定電流必須考慮驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的最大電流，一般情況下，可以選擇額定負(fù)載電流的125%。

（3）控制單元 

各變頻器根據(jù)控制單元的指令，通過KM將其直流環(huán)節(jié)并聯(lián)到共用直流母線上，或是在變頻器故障后快速地與共用直流母線斷開。

3.使用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻

這一技術(shù)方案的機(jī)理是，當(dāng)變頻器檢測(cè)到直流母線上的電壓達(dá)到限定值時(shí)，將一個(gè)電子開關(guān)（制動(dòng)單元）打開，使一個(gè)具有一定功率的泄放電阻（制動(dòng)電阻）并聯(lián)在直流母線的正負(fù)極上，實(shí)現(xiàn)泄放濾波電容器上集聚的危險(xiǎn)電能的作用。

當(dāng)然，制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻也可與公用直流母線技術(shù)相結(jié)合，當(dāng)公用直流母線系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)不能完全吸收過電壓集聚的能量時(shí)，直流母線上的公用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻即可泄放掉高電壓集聚的能量。當(dāng)過電壓被泄放至安全值以下時(shí)，制動(dòng)過程自動(dòng)結(jié)束。

三、制動(dòng)電路工作原理

      圖2是含有制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的變頻器內(nèi)部主電路，圖中DR是制動(dòng)電阻，V12是制動(dòng)單元。制動(dòng)單元是一個(gè)控制開關(guān)，當(dāng)直流電路的電壓U_D增高到一定限值時(shí)，開關(guān)接通，將制動(dòng)電阻并聯(lián)到電容器C兩端，泄放電容器上存儲(chǔ)的過多電荷。其控制原理如圖3虛線框內(nèi)電路所示。電壓比較器的反向輸入端接一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓U_A，而正向輸入端則通過電阻R1和R2對(duì)直流電路電壓U_D取樣，獲得取樣電壓U_B，當(dāng)U_B數(shù)值超過U_A一定數(shù)值時(shí)（通常該數(shù)值為mV數(shù)量級(jí)，為幾mV，最大幾十mV），電壓比較器的輸出端狀態(tài)由低變高，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使IGBT管導(dǎo)通，制動(dòng)電阻DR開始放電。當(dāng)U_D電壓數(shù)值在正常范圍時(shí)，IGBT管截止，制動(dòng)電阻退出工作。

      IGBT管是一種新型半導(dǎo)體元件，它兼有場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電流小和雙極性晶體管增益高、工作電流大和工作電壓高的優(yōu)點(diǎn)，在變頻器中被普遍使用，除了制動(dòng)電路外，其逆變電路中的開關(guān)管也幾乎清一色地選用IGBT管。

圖3中的電阻R是限流電阻，可以限制開機(jī)瞬間電容器C較大的充電涌流。適當(dāng)延時(shí)后，IGBT管V11導(dǎo)通，將限流電阻R短接，從而消除限流電阻R上消耗的功率。有的變頻器在這里使用交流接觸器的觸點(diǎn)將R短接，作用與此類似。

四、制動(dòng)電阻的阻值和容量

準(zhǔn)確計(jì)算制動(dòng)電阻值的方法比較麻煩，必要性也不大。作為一種選配件，各變頻器的制造商推薦的制動(dòng)電阻規(guī)格也不是很嚴(yán)格，而為了減少制動(dòng)電阻的規(guī)格檔次，常常對(duì)若干種相鄰容量規(guī)格的電動(dòng)機(jī)推薦相同阻值的制動(dòng)電阻。取值范圍如下：

式中  DR——制動(dòng)電阻的阻值，Ω；

     U_DH——直流電壓的上限值，即制動(dòng)電阻投入工作的門坎電壓，V；

     I_MN——電動(dòng)機(jī)的額定電流，A。

由式（1）可見，制動(dòng)電阻值的大小，有一個(gè)允許的取值范圍。

制動(dòng)電阻工作時(shí)消耗的功率，可按下式計(jì)算：

式中  P_DR——制動(dòng)電阻工作時(shí)消耗的功率，W；

由式（2）計(jì)算出的制動(dòng)電阻功率值是假定其持續(xù)工作時(shí)的值，但實(shí)際情況絕非如此，因?yàn)橹苿?dòng)電阻只有變頻器和電動(dòng)機(jī)在停機(jī)或制動(dòng)時(shí)才進(jìn)入工作狀態(tài)，而有的電動(dòng)機(jī)甚至連續(xù)多天運(yùn)行都不停機(jī)，即便是制動(dòng)較頻繁的電動(dòng)機(jī)，它也是間斷工作的，因此，式（2）計(jì)算出的結(jié)果應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修正，根據(jù)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的頻繁程度，修正系數(shù)可在0.15～0.4之間選擇。制動(dòng)頻繁，或電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，取值大些，很少制動(dòng)，或電動(dòng)機(jī)功率較小時(shí)，取值小些。

變頻器說明書中都會(huì)推薦不同功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)該選擇的制動(dòng)電阻規(guī)格，但是，推薦值對(duì)一種具體應(yīng)用來說，不一定是最佳值。運(yùn)行中若有異常，可根據(jù)上述原則進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

五、制動(dòng)電路異常的處理

1.電動(dòng)機(jī)剛開機(jī)，制動(dòng)電阻就發(fā)燙。

因?yàn)閯傞_機(jī)時(shí)，直流電路的電壓不會(huì)偏高，制動(dòng)電阻不應(yīng)該通電，也不會(huì)發(fā)熱。出現(xiàn)這種情況應(yīng)認(rèn)定是制動(dòng)單元已經(jīng)損壞，可能內(nèi)部的IGBT管已經(jīng)擊穿，或者控制電路異常，使IGBT管誤導(dǎo)通了。

2.制動(dòng)單元出現(xiàn)故障損壞。

制動(dòng)單元出現(xiàn)故障損壞時(shí)，為了減少采購配件的等待時(shí)間，盡量減少停產(chǎn)損失，可采取如下應(yīng)急措施。

制動(dòng)單元是制動(dòng)電阻的控制開關(guān)，制動(dòng)單元損壞后，可臨時(shí)用一只三相交流接觸器代替。變頻器直流電路的電壓可達(dá)電源電壓的倍，即×380V=537V，從承受電壓和滅弧的角度考慮，應(yīng)將接觸器的三個(gè)主觸點(diǎn)串聯(lián)起來，控制制動(dòng)電阻的接入與否。接觸器線圈的通電，可由下述方法之一控制：1）對(duì)于一般生產(chǎn)機(jī)械，或頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備，由停機(jī)按鈕通過中間繼電器進(jìn)行控制，這樣，每當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)時(shí)，制動(dòng)電阻就處于放電狀態(tài)；2）對(duì)于起重機(jī)械，可由控制吊鉤下行的接觸器的輔助接點(diǎn)進(jìn)行控制，這樣，每次吊鉤向下運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)電阻同樣處于放電狀態(tài)。

山西  楊電功